本白皮書介紹了RL78微控制器系列以及GainSpan Wi-Fi模塊，作為設計提供無線連接的智能恒溫器的一種方法。它簡要描述了無線網絡，智能Wi-Fi溫控器的功能以及瑞薩提供的參考解決方案。

每天都有數(shù)十種有用的嵌入式系統(tǒng)產品圍繞著我們。他們無處不在。但是，如果要求您快速命名一個不僅有用，而且是“生活質量”改進劑的名字，它可以提高生活舒適度，節(jié)約能源，易于使用，靈活且相對便宜，那么候選人的范圍就會縮小相當。智能恒溫器尤其值得一提。它們簡化了我們的日常生活，使他們過得更加愉快。沃倫·約翰遜（Warren Johnson）于1883年發(fā)明了電恒溫器，從那時起，這些環(huán)境控制設備已經從曾經無處不在的圓形，手動調節(jié)，基于汞的熱敏開關類型發(fā)展到如今流行的帶觸摸屏的全電子可編程版本。一些最新版本可以無線連接到PC，智能手機以及位于遠程的控制器和傳感器。

介紹

控制加熱和冷卻系統(tǒng)的智能恒溫器具有多個優(yōu)點。特別是，它們可通過根據(jù)一天中的時間以及家庭或企業(yè)的實際用戶資料等來調節(jié)室溫來節(jié)省能源?；谖⒖刂破鞯目删幊毯銣仄鬟€應用了智能控制算法和壓縮機保護功能，以降低加熱和冷卻系統(tǒng)的運行和維護成本。此外，它們消除了在環(huán)境狀況變化時手動從加熱模式切換到冷卻模式的需求，反之亦然。

這樣獲得的功能被“物聯(lián)網”所涵蓋。這一重要的全球應用趨勢表明，帶有傳感器的設備（恒溫器，安全系統(tǒng)等）的使用范圍將不斷擴大，以進行數(shù)字化通信以改善操作流程，提高整體系統(tǒng)性能，節(jié)省能源并降低成本。反過來，這種技術轉變正在為嵌入式系統(tǒng)產品打開新的市場，并能夠創(chuàng)建令人興奮的新業(yè)務模型。

無線網絡

智能無線恒溫器的設計者可以從幾種不同的流行無線協(xié)議中進行選擇，以實現(xiàn)與其他無線設備的通信。本白皮書涵蓋了主要的藍牙，ZigBee和Wi-Fi協(xié)議，首先介紹了它們的技術，然后討論了它們在HVAC（供暖，通風和空調）應用中的適用性。

在用于無線應用的這三種技術之間進行選擇首先需要確定必須考慮的設計因素。工程分析必須確定這些因素有多重要，研究每個協(xié)議在所有關注領域中的優(yōu)點和缺點，然后進行設計選擇時要考慮到備選方案之間的折衷。

例如，以下是與智能無線恒溫器設計相關的關鍵技術問題：

藍牙設備的設計可能比應用ZigBee或Wi-Fi技術的設計更復雜。模塊化無線解決方案可以降低復雜性。但是，某些協(xié)議的更高層可能必須在MCU中實現(xiàn)，這可能會損害應用程序的性能。當藍牙用于直接連接附近的兩個設備時，藍牙最為有效，但在恒溫器應用中并非如此。

當使用ZigBee技術提供無線連接時，通常在主機MCU中實現(xiàn)ZigBee PRO協(xié)議和ZigBee Smart Energy配置文件。同樣，加載MCU可能會降低應用程序性能。

Wi-Fi技術需要更多的功率，但比藍牙和ZigBee可獲得更高的數(shù)據(jù)速率，同時還可以在更大的距離上提供可靠的通信。如果產品必須使用戶能夠通過Internet監(jiān)視和控制系統(tǒng)操作，這是顯而易見的選擇。當然，無線智能恒溫器就是這種情況。具有Wi-Fi功能的智能手機也可以用于遠程控制，這是一個巨大的優(yōu)勢。相比之下，藍牙和ZigBee實施需要以太網網關來提供這些功能，從而使產品更加復雜和昂貴。

智能Wi-Fi溫控器的功能

為了成為國內市場上的暢銷產品，智能Wi-Fi溫控器必須具有非常簡單的設置程序。當然，手動操作必須直觀，并且遠程控制和監(jiān)視功能也必須易于使用，最好是通過Internet可以訪問的Wen界面。此外，身份驗證和安全功能對于使人相信在遠程控制恒溫器時可以正常運行是至關重要的。

考慮到這些事實，研究如何初步設置和使用智能Wi-Fi溫控器具有啟發(fā)性。首次打開恒溫器電源時，設備可能會扮演有限的Wi-Fi接入點角色，以允許最終用戶連接到該設備并使其正常運行。例如，設備可以使用其媒體訪問控制（MAC）地址來標識自己。（例如，此過程基本上類似于通常用于設置較新的無線路由器的過程。）

瑞薩的參考解決方案

為了使系統(tǒng)工程師能夠開始設計智能Wi-Fi溫控器，瑞薩應用程序工程師已經為該應用程序提供了有價值的參考設計。該解決方案結合了RL78 MCU（微控制器）和GainSpan?Wi-Fi模塊（參見框圖，圖1）。

智能Wi-Fi溫控器參考解決方案的框圖。

該參考解決方案是功能強大的研發(fā)工具，可用于分析和測試經過驗證的智能無線恒溫器設計。它還可以縮短新產品的開發(fā)周期，成為進一步完善和增強功能的堅實起點。它帶有完整的示意圖；布局文件，一塊裝有電路板的電路板，并包括在RL78芯片上運行的基本應用軟件。還提供了基于Android和IOS的智能手機代碼。有關這些開發(fā)輔助工具的更多信息，請聯(lián)系您的瑞薩電子銷售代表。

圖2顯示了驅動定制LCD的參考解決方案。顯示屏的紅色環(huán)境顏色表示HVAC系統(tǒng)正在其制熱模式下運行。當系統(tǒng)處于冷卻模式時，屏幕將變?yōu)樗{色環(huán)境色。在這張照片中，下午2:00時受控區(qū)域的溫度為70?F，濕度為52％。

熱模式顯示，顯示模式，時間，溫度和濕度。

參考解決方案的填充印刷電路板如圖3所示。左側的五個繼電器控制風扇，空調或火爐的電源。PCB左邊緣上的四個按鈕選擇不同的菜單項，供用戶在本地編程和運行恒溫器。RL78 / L13 MCU具有許多GPIO端口，用于控制離散邏輯或機械設備。

智能無線恒溫器參考解決方案的PCB。

右側的GainSpan GS1011MEP Wi-Fi模塊通過串行外圍設備接口（SPI）連接到MCU（中心）。該模塊支持IEEE 802.11b較低層協(xié)議以及高層網絡堆棧，包括TCP / IP，HTTP，DHCP和SSL。它已經過Wi-Fi聯(lián)盟的測試和認證，這是減少系統(tǒng)開發(fā)時間和成本的優(yōu)勢。

編輯：hfy